ИСПОЛЬЗОВАНИЕ GPS – МОДУЛЕЙ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ БЕСПИЛОТНЫМИ ЛЕТАЮЩИМИ АППАРАТАМИ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассмотрен вопрос организации передачи данных беспилотными летающими аппаратами при использовании сети на базе GPS [1, 2]. Построен алгоритм бортового оборудования, для того чтобы определить, как именно происходит передача информации от бортового оборудования [3-11].

ABSTRACT

This paper considers the issue of organizing data transmission by unmanned aerial vehicles using a GPS-based network [1, 2]. Аn algorithm for onboard equipment has been built in order to determine exactly how information is transmitted from onboard equipment [3-11].

Ключевые слова: Беспилотный летательный аппарат, сети на базе GPS, GPS-модуль, приёма – передающий модуль, барометр, наземное и бортовое устройство.

Keywords: Unmanned aerial vehicle, GPS-based networks, GPS-module, receiving - transmitting module, barometer, ground and on-board device.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

На рис. 1 представлен алгоритм бортового програмног обеспечения (ПО).

Первый этап блок схемы – «начало». На данном шаге происходит включение устройства.

Далее идет инициализация. Здесь микроконтроллер задействует все имеющиеся библиотеки [2], позволяющие вести работу с модулями устройства. Само устройство получает свой IP-адрес и MAC-адрес, рабочему порту присваивается значение. Формируется буферный пакет, для возможности получения запроса. Основным используемым переменным присваиваются имена для контакта с GPS-модулем создается RX TX, а точнее UART-интерфейс.

Происходит проверка работоспособности всех модулей, входящих в состав устройства, устанавливаются стартовые параметры, создаются объекты для барометра, Ethernet-модуля и GPS-модуля. Начинается основной цикл программы, который будет функционировать на протяжении всей работы устройства. В начале цикла, обнуляются все переменные, чтобы избежать возможных будущих ошибок или некорректной работы устройства. Далее проводится проверка.

Возможна ситуация, когда GPS-модуль будет не в состоянии получить координаты. Такое возможно при отсутствии связи со спутниками или недостаточном их количестве. В этом случае при ответе на запрос ширина и долгота будут равны 0 и будет проходить проверка сначала цикла до тех пор, пока не появится связь.

Рисунок 1. Алгоритм бортового ПО

Основная задача данного ПО для наземной станции (НС) – получение информации, отправка запросов и анализ всей полученной информации.

Аналогично с ПО на БПЛА блок «начало» НС отвечает за включение устройства. Инициализация так же задействует основные библиотеки, устанавливает все начальные переменные. Здесь обозначаются основные параметры для ППМ, а именно: IP-хост, логин и пароль для получения доступа к данным описывающим уровень сигнала. Также обозначается используемый IP-адрес и номер порта, фиксируется время начала работы устройства.

Начинается основной цикл. В этом блоке ПО создает канал связи с приёмо–передающим модулем (ППМ). Переменная условия, получает данные о настоящем значении времени. В конце цикла значение этой переменной будет скопировано другой переменной для сравнения при новом проходе цикла. Это сделано для того, чтобы запросы о положении отправлялись на БПЛА не чаще чем с частотой в 1 Гц.

Если время новой переменной не равно времени предыдущей регистрации информации, то происходит выполнение следующих блоков.

Создается запрос местоположения «Location» и передается на БПЛА через ППМ. Далее микроконтроллер выполняет чтение полученных данных. В случае успеха, создается массив данных: широта, долгота и давление. Из полученного ответа формируются две строки. Первая строка содержит время регистрации запроса, координаты и давление. Вторая строка регистрирует время и уровень сигнала.

В следующем блоке проводится расчет высоты, азимута, расстояния до БПЛА и соответствующая поправка, с последующей передачей на ОПУ.

Управление БПЛА происходит посредствам ПК оператором. Для связи между системой наведения и ПК было разработано уникальное ПО.

Во время инициализации программа регистрирует время начала работы, начальное положение и давление на НС. Объявляются основные переменные и задаются параметры. Начинается основной цикл, после которого следует основное условие. Это условие осуществляет ожидание, т.е. ожидает сигнал.

Если он отсутствует, то цикл начинается сначала. Когда на ПК поступает сигнал от НС, программа фиксирует полученные две строки, записанные ранее на НС. Открывается файл и в нем фиксируется время с точностью до секунды, координаты и давление, полученные с БПЛА.

В другом текстовом файле, в который также записывается время и уровень сигнала между НС и БПЛА.

После регистрации данных в журналы, ПО проверяет высоту и уровень сигнала на безопасность. Если одно любое из условий срабатывает, то оператор оповещается о соответственном событии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В будущем подобные системы возможно применять не только БПЛА дальнего действия (более 200 км), но и для проведения противопожарных работ с помощью БПЛА. Подобная практика наблюдается на западе. БПЛА отлично подходят для тушения лесных пожаров, т.к. устройство может проникать в сами очаги пламени и устранять саму причину возгорания.

Система наведения, позволит обеспечить постоянное наведение и контроль летательного аппарата. Стоит подчеркнуть, что аналогичные задачи имеют особую важность для решения задач маркшейдерии и мониторинга открытых горных работ.

Организация связи на базе GPS позволит повысить качество связи между БПЛА и наземной станцией и обеспечить постоянное наведение и контроль летательного аппарата.

Список литературы:

1. Закиров В.М., Аметова А.А., Оценка качественных показателей процесса обслуживания железнодорожного транспорта // The Scientific Heritage. ­– 2021. – № 66-1 (66). – С. 36-39.
2. Дятлов А.П. Системы спутниковой связи с подвижными объектами: Учебное пособие. Ч.1. Таганрог. ТРТУ. 2004. 95 с.
3. Роенков Д.Н., Плеханов П.А. Подвижная связь 5G // Автоматика, связь, информатика. – 2019. – № 5. – С. 8-12.
4. Роенков Д.Н., Плеханов П.А. Стандартизация требований для систем беспроводной связи // Автоматика, связь, информатика. – 2020. – № 4. – С. 38-42.
5. Роенков Д.Н., Плеханов П.А. Технология MIMO для подвижной связи 5G // Автоматика, связь, информатика. – 2019. – № 8. – С. 21-25.
6. Роенков Д.Н., Яронова H.В. Атмосферные оптические линии связи // Автоматика, связь, информатика. – 2016. – № 11. – С. 7-10.
7. Роенков Д.Н., Яронова H.В. Технология "стриж" и перспективы ее применения // Автоматика, связь, информатика. – 2017. – № 9. – С. 9-12.
8. Роенков Д.Н., Яронова H.В. Квантовые линии связи // Автоматика, связь, информатика. – 2019. – № 9. – С. 23-28
9. Яронова Н.В., Аметова А.А. Построение «smart» электросети с применением инновационных технологий //Universium: технические науки. – 2021. – № 9(90) – 1. – С. 53-57.
10. Яронова Н.В., Аметова А.А. Построение «Smart» электросети с применением инновационных технологий // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 9(90). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12289
11. Яронова Н.В., Аметова А.А. Построение «Smart» network на основе технологии «region - district – city» // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 10(91). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12392
12. Яронова Н.В., Аметова А.А. Построение «Smart» электросети с применением технологии 5G // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 10(91). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12306